JP6347411B2 - 電源装置及び照明装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電源装置及び照明装置に関する。

入力電圧を所定の出力電圧に変換して負荷に供給する電源装置がある。電源装置は、例えば、発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）などの発光素子を含む照明装置に用いられている。照明装置に用いられた電源装置は、発光素子に電力を供給し、発光素子を点灯させる。

電源装置では、トランスを用いることにより、一次側と二次側とを電気的に絶縁することが行われている。これにより、電源装置及び照明装置などの安全性を高めることができる。

絶縁型の電源装置は、ブリッジ回路により、トランスの一次側に供給する交流電力を生成する。こうした電源装置では、トランスの一次巻線とブリッジ回路に含まれるコンデンサとで構成される共振回路の発振周波数を変化させることにより、負荷への出力を制御することができる。例えば、照明装置において、照明負荷の明るさを変化させる調光を行うことができる。

電源装置では、過出力などにともなって、異常な温度上昇が発生してしまう場合がある。異常な温度上昇は、例えば、電源装置や照明装置の破損を招いてしまう。このため、負荷への過剰な電力の供給を検出する異常検出部を設け、異常の検出に応じて回路保護動作を行う電源装置が提案されている。しかしながら、異常検出部を設けた場合には、回路構成が複雑になってしまう。

従って、電源装置及びこれを用いた照明装置では、異常な温度上昇に対する保護を、より簡易な構成で実現することが望まれる。

特開２０１３−０６９４８２号公報

異常な温度上昇に対する保護を簡易な構成で実現できる電源装置及び照明装置を提供することを目的とする。

本発明の実施形態によれば、ブリッジ回路と、トランスと、整流平滑回路と、ドライバと、感温素子と、フィードバック回路と、を備えた電源装置が提供される。前記ブリッジ回路は、少なくとも１つのスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン・オフによって、直流電圧を交流電圧に変換する。前記トランスは、前記ブリッジ回路に接続された一次巻線と、前記一次巻線と磁気結合した二次巻線と、を含む。前記整流平滑回路は、前記二次巻線から出力される交流電圧を直流の出力電圧に変換して直流負荷に供給する。前記ドライバは、周波数設定端子を有し、前記周波数設定端子に流れる電流に応じたスイッチング周波数で前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記出力電圧を調整する。前記感温素子は、前記周波数設定端子に接続され、温度の上昇に応じて前記周波数設定端子に流れる電流を変化させる。前記フィードバック回路は、前記出力電圧及び前記直流負荷に流れる出力電流の少なくとも一方の検出値と、前記出力電圧の目標値とに基づいたフィードバック信号を前記周波数設定端子に入力することにより、前記ドライバをフィードバック制御する。前記感温素子は、前記周波数設定端子と前記フィードバック回路との間に設けられ、温度の上昇に応じて前記周波数設定端子に流れる電流を増加させるフォトカプラである。前記ドライバは、前記周波数設定端子に流れる電流の増加に応じて前記スイッチング周波数を高くする。

本発明の実施形態によれば、異常な温度上昇に対する保護を簡易な構成で実現できる電源装置及び照明装置を提供することができる。

第１の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 第１の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 第２の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 第３の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。 図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第３の実施形態に係る照明装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、照明装置１０は、照明負荷１２（直流負荷）と、電源装置１４と、を備える。照明負荷１２は、例えば、発光ダイオード（Light-emitting diode：ＬＥＤ）などの照明光源１６を有する。照明光源１６は、例えば、有機発光ダイオード（Organic light-emitting diode：ＯＬＥＤ）などでもよい。照明光源１６には、例えば、順方向降下電圧を有する発光素子が用いられる。照明負荷１２は、電源装置１４からの出力電圧の印加及び出力電流の供給により、照明光源１６を点灯させる。出力電圧及び出力電流の値は、照明光源１６に応じて規定される。

電源装置１４は、一対の電源入力端子１４ａ、１４ｂと、一対の電源出力端子１４ｃ、１４ｄと、を有する。各電源入力端子１４ａ、１４ｂには、交流電源２が接続される。照明負荷１２は、各電源出力端子１４ｃ、１４ｄに接続される。なお、本願明細書において、「接続」とは、電気的な接続を意味し、物理的に接続されていない場合や他の要素を介して接続されている場合も含むものとする。例えば、トランスなどを介して磁気的に結合している場合も、「接続」に含むものとする。

交流電源２は、例えば、商用電源である。電源装置１４は、交流電源２から供給される交流の入力電圧ＶＩＮを直流の出力電圧ＶＯＵＴに変換して照明負荷１２に出力することにより、照明光源１６を点灯させる。

電源出力端子１４ｃの電位は、電源出力端子１４ｄの電位よりも高い。例えば、照明光源１６がＬＥＤである場合には、アノードが、電源出力端子１４ｃに接続され、カソードが、電源出力端子１４ｄに接続される。これにより、照明光源１６に順方向の電流が流れ、照明光源１６が点灯する。以下では、各電源出力端子１４ｃ、１４ｄを区別する場合に、電源出力端子１４ｃを高電位出力端子１４ｃと称し、電源出力端子１４ｄを低電位出力端子１４ｄと称す。

電源装置１４は、フィルタ回路２１と、整流回路２２と、力率改善回路２３と、ハーフブリッジ回路２４（ブリッジ回路）と、トランス２５と、整流平滑回路２６と、を含む。

フィルタ回路２１は、各電源入力端子１４ａ、１４ｂに接続されている。フィルタ回路２１は、例えば、インダクタと、コンデンサと、を含む。フィルタ回路２１は、交流電源２から供給される入力電圧ＶＩＮに含まれるノイズを抑制する。

整流回路２２は、入力端子２２ａ、２２ｂ、高電位端子２２ｃ、及び、低電位端子２２ｄを有する。各入力端子２２ａ、２２ｂは、フィルタ回路２１に接続される。整流回路２２には、フィルタ回路２１によってノイズの抑制された入力電圧ＶＩＮが入力される。フィルタ回路２１は、必要に応じて設けられ、省略可能である。例えば、フィルタ回路２１を省略し、整流回路２２を各電源入力端子１４ａ、１４ｂに接続してもよい。

整流回路２２は、例えば、ダイオードブリッジである。整流回路２２は、例えば、交流の入力電圧ＶＩＮを全波整流し、全波整流後の整流電圧（例えば、脈流電圧）を高電位端子２２ｃと低電位端子２２ｄとの間に生じさせる。高電位端子２２ｃの電位は、低電位端子２２ｄの電位よりも高い。低電位端子２２ｄの電位は、例えば、接地電位または電源装置１４の基準電位である。低電位端子２２ｄの電位は、高電位端子２２ｃの電位よりも低い任意の電位でよい。整流回路２２による入力電圧ＶＩＮの整流は、半波整流でもよい。

力率改善回路２３は、整流回路２２に接続される。力率改善回路２３は、整流電圧において、電源周波数の整数倍の高調波の発生を抑制する。これにより、力率改善回路２３は、整流電圧の力率を改善する。

力率改善回路２３は、例えば、スイッチング素子４１と、インダクタ４２と、ダイオード４３と、コンデンサ４４と、を含む。スイッチング素子４１は、電極４１ａ〜電極４１ｃを有する。インダクタ４２の一端は、高電位端子２２ｃに接続されている。インダクタ４２の他端は、電極４１ａに接続されている。電極４１ｂは、低電位端子２２ｄに接続されている。ダイオード４３のアノードは、電極４１ａに接続されている。ダイオード４３のカソードは、コンデンサ４４の一端に接続されている。コンデンサ４４の他端は、低電位端子２２ｄに接続されている。すなわち、この例において、力率改善回路２３は、昇圧チョッパ回路である。力率改善回路２３は、これに限ることなく、整流電圧の力率を改善することができる任意の回路でよい。

力率改善回路２３は、例えば、スイッチング素子４１をスイッチングさせ、入力電流を正弦波に近づけることにより、整流電圧の力率を改善する。また、力率改善回路２３は、力率改善後の整流電圧をコンデンサ４４で平滑化することにより、整流電圧を直流電圧ＶＤＣに変換する。力率改善回路２３は、例えば、交流１００Ｖ（実効値）の入力電圧ＶＩＮを、約４１０Ｖの直流電圧ＶＤＣに変換する。直流電圧ＶＤＣの値は、これに限ることなく、任意の値でよい。なお、コンデンサ４４は、必要に応じて設けられ、省略可能である。力率改善回路２３は、例えば、力率改善後の整流電圧を出力してもよい。

ハーフブリッジ回路２４は、スイッチング素子５１、５２と、コンデンサ５３と、を含む。スイッチング素子５１は、電極５１ａ〜電極５１ｃを有する。電極５１ａは、コンデンサ４４の高電位側の端子に接続されている。電極５１ｂは、スイッチング素子５２の電極５２ａに接続されている。電極５２ｂは、低電位端子２２ｄに接続されている。この例では、整流回路２２と力率改善回路２３とによって直流電圧源が構成される。スイッチング素子５１、５２は、直流電圧源に対して直列に接続される。直流電圧源は、これに限ることなく、ハーフブリッジ回路２４に対して直流電圧を供給可能な任意の電圧源でよい。

トランス２５は、一次巻線５５と、二次巻線５６、５７と、を有する。一次巻線５５は、ハーフブリッジ回路２４に接続されている。一次巻線５５の一端は、電極５１ｂ及び電極５２ａに接続される。すなわち、一次巻線５５の一端は、２つのスイッチング素子５１、５２の間に接続される。一次巻線５５の他端は、コンデンサ５３を介して低電位端子２２ｄに接続されている。この例では、コンデンサ５３が、一次巻線５５と低電位端子２２ｄとの間に接続されている。換言すれば、コンデンサ５３は、一次巻線５５と基準電位との間に接続される。コンデンサ５３は、例えば、電極５１ｂと一次巻線５５との間に接続してもよい。

ハーフブリッジ回路２４は、スイッチング素子５１をオンにし、スイッチング素子５２をオフにすることにより、一次巻線５５を介してコンデンサ５３を充電する。そして、ハーフブリッジ回路２４は、スイッチング素子５１をオフにし、スイッチング素子５２をオンにすることにより、一次巻線５５を介してコンデンサ５３を放電する。このように、ハーフブリッジ回路２４は、各スイッチング素子５１、５２を交互にオン・オフすることにより、一次巻線５５の両端に交流電圧を生じさせる。すなわち、ハーフブリッジ回路２４は、力率改善回路２３から供給される直流電圧ＶＤＣを交流電圧に変換する。

各スイッチング素子４１、５１、５２は、例えば、ｎチャネル形のＦＥＴである。例えば、電極４１ａ、５１ａ、５２ａは、ドレインである。電極４１ｂ、５１ｂ、５２ｂは、ソースである。電極４１ｃ、５１ｃ、５２ｃは、ゲートである。各スイッチング素子４１、５１、５２は、例えば、ｐチャネル形のＦＥＴでもよいし、バイポーラトランジスタやＨＥＭＴなどでもよい。

トランス２５は、漏れインダクタンス５５ａを含む。図１では、便宜的に漏れインダクタンス５５ａを一次巻線５５と離して図示しているが、実際には、漏れインダクタンス５５ａは、トランス２５の一部である。漏れインダクタンス５５ａは、図示のように、一次巻線５５に直列に接続されたインダクタとして表される。

電源装置１４は、トランス２５とコンデンサ５３とによって共振回路を構成する。具体的には、一次巻線５５と漏れインダクタンス５５ａとコンデンサ５３とによって、いわゆるＬＬＣ共振回路を構成する。一次巻線５５と漏れインダクタンス５５ａとコンデンサ５３とによって、共振周波数が決定される。従って、電源装置１４では、各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を制御することにより、照明負荷１２に供給する電力を制御することができる。

二次巻線５６、５７は、一次巻線５５と磁気結合している。従って、一次巻線５５に交流電流が流れると、それに応じた交流電流が、二次巻線５６、５７に流れる。これにより、トランス２５は、ハーフブリッジ回路２４から供給される交流電圧を変圧する。トランス２５は、ハーフブリッジ回路２４から供給される交流電圧を降圧する。

このように、トランス２５を設け、一次側と二次側とを電気的に絶縁することで、例えば、照明装置１０の安全性を高めることができる。

二次巻線５７は、二次巻線５６に直列に接続されている。二次巻線５６、５７の接続点は、図示を省略した配線により、低電位端子２２ｄに接続される。二次巻線５６、５７の接続点は、低電位端子２２ｄと実質的に同じ電位に設定される。すなわち、二次巻線５６、５７の接続点は、基準電位に設定される。

整流平滑回路２６は、整流回路６０と、平滑コンデンサ６４と、を含む。整流回路６０は、整流素子６１、６２を含む。整流回路６０は、例えば、１つのパッケージ６０ｐ内に２つの整流素子６１、６２が設けられた１つの素子である。整流素子６１、６２は、ショットキーバリアダイオードである。整流素子６１、６２は、他のダイオードでもよい。

整流素子６１のアノードは、二次巻線５６の二次巻線５７と反対側の端部に接続されている。整流素子６１のカソードは、平滑コンデンサ６４の一端に接続されている。整流素子６２のアノードは、二次巻線５７の二次巻線５６と反対側の端部に接続されている。整流素子６２のカソードは、平滑コンデンサ６４の一端に接続されている。平滑コンデンサ６４の他端は、二次巻線５６、５７の接続点に接続されている。

これにより、整流平滑回路２６は、トランス２５によって降圧された交流電圧を整流素子６１、６２で整流し、整流電圧に変換する。そして、整流平滑回路２６は、整流電圧を平滑コンデンサ６４で平滑化することにより、整流電圧を直流電圧に変換する。すなわち、整流平滑回路２６は、出力電圧ＶＯＵＴを生成する。

高電位出力端子１４ｃは、平滑コンデンサ６４の高電位側の端子に接続されている。低電位出力端子１４ｄは、二次巻線５６、５７の接続点に接続されている。これにより、各電源出力端子１４ｃ、１４ｄの間に出力電圧ＶＯＵＴが出力される。

電源装置１４は、ＰＦＣ（Power Factor Correction）ドライバ３０と、ＨＢ（Half Bridge）ドライバ３１と、フィードバック回路３２と、制御部３３と、Ｉ／Ｆ（Interface）回路３４と、フォトカプラ３５〜３７と、サーミスタ３８（感温素子）と、をさらに含む。

ＰＦＣドライバ３０は、力率改善回路２３のスイッチング素子４１の電極４１ｃに接続されている。ＰＦＣドライバ３０は、例えば、所定のＰＷＭ信号を電極４１ｃに入力することにより、スイッチング素子４１のオン・オフを制御する。すなわち、ＰＦＣドライバ３０は、力率改善回路２３による直流電圧ＶＤＣの生成を制御する。

ＨＢドライバ３１は、ハーフブリッジ回路２４のスイッチング素子５１の電極５１ｃ及びスイッチング素子５２の電極５２ｃに接続されている。ＨＢドライバ３１は、例えば、所定のＰＷＭ信号を電極５１ｃ、５２ｃに入力することにより、スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御する。すなわち、ＨＢドライバ３１は、ハーフブリッジ回路２４による直流電圧ＶＤＣの交流電圧への変換を制御する。

電極５１ｃ、５２ｃに入力するＰＷＭ信号のデューティ比は、例えば、５０％である。電極５２ｃに入力するＰＷＭ信号のオンのタイミングは、電極５１ｃに入力するＰＷＭ信号のオンのタイミングと反対である。これにより、各スイッチング素子５１、５２が、交互にオン・オフする。また、ＨＢドライバ３１は、電極５１ｃ、５２ｃに入力するＰＷＭ信号の周波数を制御する。これにより、トランス２５に発生する交流電圧の電圧値を制御することができる。

ＨＢドライバ３１は、各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を設定するための周波数設定端子３１ａを有する。ＨＢドライバ３１は、周波数設定端子３１ａに流れる電流を検出し、周波数設定端子３１ａに流れる電流に応じて各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を決定する。これにより、ＨＢドライバ３１は、スイッチング周波数に応じた値に出力電圧ＶＯＵＴを調整する。

フィードバック回路３２は、低電位出力端子１４ｄに接続される。フィードバック回路３２は、出力電圧ＶＯＵＴと、照明負荷１２に流れる出力電流ＩＯＵＴと、の少なくとも一方を検出する。フィードバック回路３２は、出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの少なくとも一方の検出値を基に、ＨＢドライバ３１をフィードバック制御する。フィードバック回路３２は、高電位出力端子１４ｃに接続してもよい。

照明光源１６にＬＥＤなどの発光素子が用いられている場合、照明光源１６の電圧は、順方向降下電圧に応じて実質的に一定である。従って、照明光源１６にＬＥＤなどの発光素子が用いられている場合には、フィードバック回路３２を低電位出力端子１４ｄに接続することで、照明光源１６に流れる電流を適切に検出することができる。

フィードバック回路３２は、例えば、差動増幅回路を有する。差動増幅回路の一方の入力には、基準電圧が入力される。差動増幅回路の他方の入力には、出力電圧ＶＯＵＴまたは出力電流ＩＯＵＴの検出電圧が入力される。差動増幅回路は、基準電圧と検出電圧との差分に対応した電圧を出力する。

フィードバック回路３２は、差動増幅回路の出力電圧を基にフィードバック信号を生成し、生成したフィードバック信号をＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに入力する。フィードバック回路３２は、フィードバック信号により、周波数設定端子３１ａに流れる電流を変化させる。

フィードバック回路３２は、例えば、基準電圧に応じた出力を、検出電圧と基準電圧との差分に応じて増減させる。フィードバック回路３２は、例えば、検出電圧が基準電圧よりも高い場合、その差分に応じてフィードバック信号の出力を高くする。そして、検出電圧が基準電圧よりも低い場合、その差分に応じてフィードバック信号の出力を低くする。すなわち、フィードバック回路３２は、照明負荷１２に流れる出力電流ＩＯＵＴを低くする場合に、フィードバック信号の電圧を差分の分だけ高くし、出力電流ＩＯＵＴを高くする場合に、フィードバック信号の電圧を差分の分だけ低くする。

ＨＢドライバ３１は、フィードバック回路３２からのフィードバック信号に応じて、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフの周波数を変化させる。これにより、ＨＢドライバ３１及びフィードバック回路３２は、例えば、出力電流ＩＯＵＴを実質的に一定にする。例えば、照明負荷１２への過電圧の印加や照明負荷１２への過電流の供給が抑制される。

ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａとフィードバック回路３２との間には、フォトカプラ３５が設けられている。フィードバック回路３２は、フォトカプラ３５を介して周波数設定端子３１ａに接続される。フォトカプラ３５は、発光部と、受光部と、を有する。フォトカプラ３５は、フィードバック回路３２から入力された電気信号を一度光に変換し、再び電気信号に戻して周波数設定端子３１ａに入力する。フォトカプラ３５の発光部には、第２電源部８２から電力が供給される。これにより、ＨＢドライバ３１とフィードバック回路３２とを電気的に絶縁することができる。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。

上記のように、フィードバック回路３２は、出力を低くする場合に、フィードバック信号の電圧を高くし、出力を高くする場合に、フィードバック信号の電圧を低くする。従って、出力を低くする場合には、フォトカプラ３５の発光部の輝度が高くなり、出力を高くする場合には、フォトカプラ３５の発光部の輝度が低くなる。

電源装置１４は、信号入力端子１４ｅを有する。信号入力端子１４ｅには、調光器３が接続されている。調光器３は、例えば、操作部を有し、操作部の操作に応じたＰＷＭ信号を調光信号として電源装置１４に入力する。調光器３は、例えば、室内の壁などに取り付けて用いられる。

Ｉ／Ｆ回路３４は、信号入力端子１４ｅに接続されている。Ｉ／Ｆ回路３４は、調光器３から入力された調光信号を制御部３３に出力する。制御部３３とＩ／Ｆ回路３４との間には、フォトカプラ３６が設けられている。これにより、制御部３３とＩ／Ｆ回路３４とが、電気的に絶縁される。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。

制御部３３は、例えば、Ｉ／Ｆ回路３４から入力された調光信号を、フィードバック回路３２に対応した形式の調光信号に変換し、変換した調光信号をフィードバック回路３２に入力する。なお、調光器３から入力された信号を、そのままフィードバック回路３２に入力してもよい。ＰＦＣドライバ３０、ＨＢドライバ３１、フィードバック回路３２及び制御部３３の少なくともいずれかは、ソフトウェア制御が可能な半導体素子を含む。ＰＦＣドライバ３０、ＨＢドライバ３１、フィードバック回路３２及び制御部３３には、例えば、マイクロプロセッサが用いられる。

フィードバック回路３２と制御部３３との間には、フォトカプラ３７が設けられている。これにより、フィードバック回路３２と制御部３３とが、電気的に絶縁される。例えば、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。

フィードバック回路３２は、制御部３３から入力された調光信号に応じて、差動増幅回路に入力する基準電圧を変化させる。フィードバック回路３２は、例えば、ＰＷＭ信号である調光信号をコンデンサで平滑化した直流の電圧を、基準電圧として差動増幅回路に入力する。基準電圧の電圧レベルは、検出電圧の電圧レベルに対応して設定される。より詳しくは、例えば、所望の調光度に対応する調光信号の電圧レベルが、その調光度に対応する輝度で照明光源１６が発光した場合の検出電圧の電圧レベルと実質的に同じとなるように設定される。

フィードバック回路３２は、調光信号に応じてＨＢドライバ３１に入力するフィードバック信号を変化させる。調光信号は、換言すれば、出力電圧ＶＯＵＴの目標値である。フィードバック回路３２は、出力電圧ＶＯＵＴと出力電流ＩＯＵＴとの少なくとも一方の検出値と、調光信号（目標値）とに基づいたフィードバック信号を、ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに入力する。ＨＢドライバ３１は、フィードバック回路３２からのフィードバック信号に応じて、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフの周波数を変化させる。このように、ＨＢドライバ３１は、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を制御することにより、所定光束を得るための定格出力状態から略調光下限状態まで、出力電圧ＶＯＵＴを調整する。

これにより、電源装置１４は、調光器３で設定された調光度に応じた明るさで、照明負荷１２を点灯させる。このように、電源装置１４は、交流電源２から供給される交流の入力電圧ＶＩＮを直流の出力電圧ＶＯＵＴに変換して照明負荷１２に供給するとともに、調光器３で設定された調光度に応じた明るさに照明負荷１２を調光する。照明装置１０では、任意の明るさで照明負荷１２を点灯させることができる。

図２は、第１の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 図２の横軸は、ハーフブリッジ回路２４の各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数（Ｈｚ）である。図２の縦軸は、出力電圧ＶＯＵＴ（Ｖ）である。

図２に表したように、出力電圧ＶＯＵＴは、共振周波数ｆ０において最大となる。共振周波数ｆ０は、一次巻線５５のインダクタンスをＬｐ、コンデンサ５３のキャパシタンスをＣとする時、１／２π√（Ｌｐ・Ｃ）で求めることができる。

ＨＢドライバ３１及びフィードバック回路３２は、各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数に対して、第１周波数ｆ１と、第２周波数ｆ２と、を設定し、第１周波数ｆ１及び第２周波数ｆ２の間でスイッチング周波数を決定する。第１周波数ｆ１は、共振周波数ｆ０よりも高い。第２周波数ｆ２は、第１周波数ｆ１よりも高い。第１周波数ｆ１と第２周波数ｆ２との間において、出力電圧ＶＯＵＴは、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に向かって単調に減少する。すなわち、ＨＢドライバ３１及びフィードバック回路３２は、共振周波数ｆ０よりも高い遅相領域にスイッチング周波数の制御範囲を設定する。

共振回路の発振周波数が、共振周波数以下の進相領域に至る場合、各スイッチング素子５１、５２の負担が大きく、貫通電流による発熱などにともなって、電源装置１４が破損してしまう場合がある。このため、共振周波数よりも高い周波数領域（遅相領域）を制御範囲として設定することが一般的である。この場合、周波数が低い時に出力が高くなり、周波数が高い時に出力が低くなる。

この例では、共振周波数ｆ０の遅相領域をスイッチング周波数の制御範囲としている。スイッチング周波数の制御範囲は、これに限定されない。例えば、共振周波数ｆ０の奇数倍分の１においても、高次高調波成分による共振作用が得られる。従って、制御範囲は、例えば、ｆ０／（２ｎ＋１）以上ｆ０／２ｎ以下の範囲に設定してもよい。但し、「ｎ」は、１以上の整数である。制御範囲は、第２周波数ｆ２が第１周波数ｆ１よりも高く、第１周波数ｆ１から第２周波数ｆ２に向かって出力電圧ＶＯＵＴが単調に減少する任意の範囲でよい。

フィードバック回路３２は、調光信号を基に、所定の範囲でフィードバック信号を変化させる。ＨＢドライバ３１は、フィードバック信号が適切な動作範囲における最低値の時に、スイッチング周波数を第１周波数ｆ１に決定する。これにより、出力電圧ＶＯＵＴが、最大電圧Ｖｍａｘになる。そして、ＨＢドライバ３１は、フィードバック信号が適切な動作範囲における最高値の時に、スイッチング周波数を第２周波数ｆ２に決定する。これにより、出力電圧ＶＯＵＴが、最低電圧Ｖｍｉｎになる。

このように、電源装置１４では、フィードバック信号を低くすると、スイッチング周波数が低下して、出力電圧ＶＯＵＴが上昇し、フィードバック信号を高くすると、スイッチング周波数が上昇して、出力電圧ＶＯＵＴが低下する。

サーミスタ３８は、ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに接続されている。この例において、サーミスタ３８は、フォトカプラ３５と並列に接続されている。サーミスタ３８は、例えば、周波数設定端子３１ａとフォトカプラ３５との間に直列に接続してもよい。サーミスタ３８の抵抗値は、温度の上昇に応じて低下する。すなわち、この例において、サーミスタ３８は、いわゆるＮＴＣ（Negative Temperature Coefficient）サーミスタである。

サーミスタ３８は、照明装置１０の発熱部と熱的に結合する。換言すれば、サーミスタ３８は、発熱部に近接して配置される。発熱部は、例えば、整流平滑回路２６の各整流素子６１、６２（整流回路６０）である。発熱部は、例えば、照明負荷１２や各スイッチング素子５１、５２などでもよい。発熱部は、過出力状態などの異常が発生した場合に高温となる任意の箇所でよい。

図３は、第１の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。 図３の横軸は、ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに接続される抵抗値（ｋΩ）である。図３の縦軸は、各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数（ｋＨｚ）である。すなわち、図３は、周波数設定端子３１ａの抵抗値と、この抵抗値に応じて決定されるスイッチング周波数と、の関係の一例を表す。

図３に表したように、ＨＢドライバ３１は、周波数設定端子３１ａの抵抗値が低くなるほど、スイッチング周波数を高くする。換言すれば、ＨＢドライバ３１は、周波数設定端子３１ａに流れる電流が高くなるほど、スイッチング周波数を高くする。スイッチング周波数は、周波数設定端子３１ａの抵抗値の減少に応じて、単調に増加する。

電源装置１４は、抵抗２７、２８と、第１電源部８１と、第２電源部８２と、ドロッパ８３と、スイッチング素子８４と、をさらに含む。

第１電源部８１は、力率改善回路２３の出力に接続されている。これにより、第１電源部８１には、直流電圧ＶＤＣが入力される。第１電源部８１は、例えば、直流電圧ＶＤＣを降圧することにより、直流電圧ＶＤＣからＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に対応した駆動電圧を生成する。第１電源部８１は、例えば、４１０Ｖの直流電圧ＶＤＣから１５Ｖの駆動電圧に生成する。

ドロッパ８３は、制御部３３と第１電源部８１とに接続されている。ドロッパ８３は、第１電源部８１から入力された駆動電圧を降圧し、制御部３３に対応した駆動電圧に変換する。そして、ドロッパ８３は、変換後の駆動電圧を制御部３３に供給する。ドロッパ８３は、例えば、１５Ｖの駆動電圧を５Ｖの駆動電圧に変換して制御部３３に供給する。制御部３３は、ドロッパ８３からの駆動電圧の供給に応じて動作を開始する。

第２電源部８２は、平滑コンデンサ６４の高電位側の端子に接続されている。これにより、第２電源部８２には、出力電圧ＶＯＵＴが入力される。第２電源部８２は、例えば、出力電圧ＶＯＵＴを降圧することにより、出力電圧ＶＯＵＴからフィードバック回路３２に対応した駆動電圧を生成する。第２電源部８２は、例えば、約３０Ｖの出力電圧ＶＯＵＴから１５Ｖの駆動電圧に生成する。第２電源部８２は、生成した駆動電圧をフィードバック回路３２に供給する。フィードバック回路３２は、第２電源部８２からの駆動電圧の供給に応じて動作を開始する。

このように、電源装置１４では、第１電源部８１と第２電源部８２とを設ける。一次側の制御回路であるＰＦＣドライバ３０、ＨＢドライバ３１及び制御部３３には、第１電源部８１から電力を供給する。そして、二次側の制御回路であるフィードバック回路３２には、第２電源部８２から電力を供給する。このように、一次側の回路と二次側の回路とで電源を分けることにより、一次側と二次側とをより適切に絶縁することができる。

スイッチング素子８４は、電極８４ａ〜８４ｃを有する。電極８４ａは、第１電源部８１に接続されている。電極８４ｂは、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に接続されている。電極８４ｃは、制御部３３に接続されている。電極８４ｃは、制御電極であり、電極８４ａと電極８４ｂとの間に流れる電流を制御する。制御部３３は、スイッチング素子８４をオン・オフを制御する。

スイッチング素子８４をオン状態にする。これにより、第１電源部８１で生成された駆動電圧が、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に供給される。制御部３３は、スイッチング素子８４のオン・オフにより、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に対する電力供給と電力供給の停止とを制御する。

電源装置１４では、交流電源２から入力電圧ＶＩＮが供給されると、第１電源部８１が駆動し、第１電源部８１からの電力供給によって制御部３３が動作を開始する。この時、ＰＦＣドライバ３０は、まだ動作を開始していない。このため、第１電源部８１には、例えば、整流回路２２による整流電圧をコンデンサ４４で平滑化した電圧が供給される。

制御部３３は、第１電源部８１からの電力供給に応じて動作を開始すると、スイッチング素子８４をオフ状態からオン状態に遷移させる。これにより、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に電力が供給され、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１が動作を開始する。

ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に電力が供給されるタイミングは、実質的に同時である。但し、ＨＢドライバ３１では出力側のコンデンサなどによる遅延が生じるため、ＰＦＣドライバ３０がＨＢドライバ３１よりも先に動作を開始する。このように、ＰＦＣドライバ３０の動作を開始するタイミングは、ＨＢドライバ３１の動作を開始するタイミングよりも早い。

ＰＦＣドライバ３０の動作を開始するタイミングと、ＨＢドライバ３１の動作を開始するタイミングとは、実質的に同時でもよい。ＨＢドライバ３１の動作を開始するタイミングをＰＦＣドライバ３０の動作を開始するタイミングよりも早くしてもよい。但し、ＰＦＣドライバ３０の動作を開始するタイミングを、ＨＢドライバ３１の動作を開始するタイミングよりも早くする。すなわち、力率改善回路２３が所定の動作状態となり、直流電圧ＶＤＣが確定された後に、ハーフブリッジ回路２４の動作を開始させる。これにより、例えば、異常な出力電流ＩＯＵＴの発生などを抑制することができる。電源装置１４の動作をより安定させることができる。

例えば、ＰＦＣドライバ３０への電力供給を制御するスイッチング素子と、ＨＢドライバ３１への電力供給を制御するスイッチング素子と、を設け、ＰＦＣドライバ３０への電力供給とＨＢドライバ３１への電力供給とを制御部３３で個別に制御できるようにしてもよい。これにより、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１の動作タイミングをより適切に制御することができる。

抵抗２７、２８は、整流回路２２の高電位端子２２ｃと低電位端子２２ｄとの間に直列に接続されている。制御部３３は、抵抗２７、２８の接続点に接続されている。これにより、制御部３３には、整流回路２２から出力される整流電圧を抵抗２７、２８で分圧した電圧が、入力電圧ＶＩＮの検出電圧として入力される。

制御部３３は、検出電圧を基に入力電圧ＶＩＮの電圧値を検出し、入力電圧ＶＩＮが所定値以下の時に、スイッチング素子８４をオフ状態にし、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１への電力供給を停止する。そして、制御部３３は、入力電圧ＶＩＮが所定値よりも大きい時に、スイッチング素子８４をオンにし、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１に電力供給を供給する。

制御部３３は、電源オフによって入力電圧ＶＩＮの供給が停止された際に、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１への電力供給を停止する。これにより、例えば、コンデンサに蓄積された電荷などによって、電源オフ時に異常な閃光が生じてしまうことを抑制することができる。

制御部３３は、調光器３から入力された調光信号が所定値以下の時に、スイッチング素子８４をオフにし、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１への電力供給を停止する。制御部３３は、例えば、５％以下の調光度に設定された時に、ＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１への電力供給を停止する。このように、制御部３３は、制御信号の入力に応じてＰＦＣドライバ３０及びＨＢドライバ３１への電力供給を制御する。制御信号は、調光信号に限ることなく、出力電圧ＶＯＵＴの大きさを表す任意の信号でよい。

本実施形態に係る照明装置１０及び電源装置１４では、過出力状態などの異常によって照明装置１０内に異常な発熱が発生すると、サーミスタ３８の温度が上昇する。サーミスタ３８の温度が上昇すると、サーミスタ３８の抵抗値が低下する。サーミスタ３８の抵抗値が低下すると、ＨＢドライバ３１によって決定される各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が上昇する（図３参照）。スイッチング周波数が上昇すると、出力電圧ＶＯＵＴが低下する（図２参照）。

このように、本実施形態に係る照明装置１０及び電源装置１４では、異常な温度上昇が発生した際に、出力電圧ＶＯＵＴを低下させることができる。サーミスタ３８は、温度の上昇に応じて周波数設定端子３１ａに流れる電流を変化させることにより、出力電圧ＶＯＵＴを低下させる。これにより、本実施形態に係る照明装置１０及び電源装置１４では、異常な温度上昇を抑制することができる。例えば、照明装置１０や電源装置１４の破損を抑制することができる。

また、本実施形態に係る照明装置１０及び電源装置１４では、過剰な電力供給を検出する異常検出部などを設ける必要がない。従って、異常な温度上昇に対する保護を、簡易な構成で実現することができる。

さらに、本実施形態に係る照明装置１０及び電源装置１４では、サーミスタ３８の抵抗−温度特性と、ＨＢドライバ３１の抵抗−周波数特性と、を調整することにより、保護する温度を決めることができる。

上記実施形態では、周波数設定端子３１ａの抵抗値の低下に応じてスイッチング周波数が高くなるようにし、温度の上昇に応じてサーミスタ３８の抵抗値が低くなるようにしている。これとは反対に、周波数設定端子３１ａの抵抗値の低下に応じてスイッチング周波数が低くなるようにし、温度の上昇に応じてサーミスタ３８の抵抗値が高くなるようにしてもよい。すなわち、サーミスタ３８は、ＰＴＣ（Positive Temperature Coefficient）サーミスタでもよい。

図４は、第２の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、照明装置１１０の電源装置１１４では、サーミスタ３８が省略されている。電源装置１１４では、フォトカプラ３５を発熱部と熱的に結合させる。フォトカプラ３５は、発光部３５ａと、受光部３５ｂと、を有する。発光部３５ａは、フィードバック回路３２に接続され、フィードバック回路３２から出力されるフィードバック信号に応じて発光する。受光部３５ｂは、ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに接続されている。受光部３５ｂは、発光部３５ａの発光光を受光し、発光光の輝度に応じた電流を周波数設定端子３１ａに流す。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

図５は、第２の実施形態に係る電源装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。図５の横軸は、フォトカプラの温度（℃）である。図５の縦軸は、フォトカプラの受光部に流れるコレクタ遮断電流（μＡ）である。コレクタ遮断電流は、換言すれば、暗電流である。図５は、フォトカプラの受光部（フォトトランジスタのエミッタ−コレクタ間）に電圧を印加し、発光部に電流を流さない状態で、フォトカプラの周囲温度を変化させた場合の電流特性の一例である。すなわち、発光部を発光させていない状態において受光部に流れる電流の温度変化の一例を表す。

図５に表したように、フォトカプラのコレクタ遮断電流は、温度の上昇に応じて増加する。従って、この例では、フォトカプラ３５の温度が上昇すると、ＨＢドライバ３１の周波数設定端子３１ａに流れる電流が増加し、ＨＢドライバ３１によって決定される各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が上昇する。これにより、上記第１の実施形態と同様に、照明装置１１０及び電源装置１１４の温度上昇に応じて出力電圧ＶＯＵＴが低下し、温度上昇を抑制することができる。すなわち、この例では、フォトカプラ３５が、感温素子として機能する。

このように、ＨＢドライバ３１とフィードバック回路３２との間にフォトカプラ３５を設ける場合に、フォトカプラ３５を発熱部と熱的に結合させて感温素子として機能させる。これにより、サーミスタ３８を設ける場合に比べて、より簡易な構成で異常な温度上昇の抑制を実現することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る照明装置を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、照明装置１２０には、操作部１８が設けられている。操作部１８は、照明装置１２０の外面に露出して設けられる。操作部１８は、例えば、スライドレバーである。操作部１８は、ロータリスイッチなどでもよい。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

照明装置１２０の電源装置１２４には、フィードバック回路３２に可変抵抗９０が設けられている。可変抵抗９０は、例えば、差動増幅回路の入力端子に接続される。また、可変抵抗９０は、操作部１８に物理的に接続されており、操作部１８の操作に連動して抵抗値を変化させる。

電源装置１２４では、操作部１８の操作によって差動増幅回路に入力される基準電圧の電圧値が変化する。例えば、可変抵抗９０の抵抗値が最小の時に、基準電圧が最小になり、可変抵抗９０の抵抗値が最大の時に、基準電圧が最大になるようにする。電源装置１２４では、Ｉ／Ｆ回路３４などが省略されている。電源装置１２４は、調光器３に接続されない。すなわち、照明装置１２０は、操作部１８の操作によって調光制御を行えるようにしたものである。換言すれば、照明装置１２０では、操作部１８からフィードバック回路３２に制御信号（出力電圧ＶＯＵＴの目標値）が入力される。

照明装置１２０及び電源装置１２４においても、力率改善回路２３、ハーフブリッジ回路２４、トランス２５と、整流平滑回路２６、ＰＦＣドライバ３０、ＨＢドライバ３１及び制御部３３などの構成は、上記実施形態と同様とすることができる。従って、照明装置１１０及び電源装置１１４においても、上記実施形態と同様の効果を得ることができる。

図７（ａ）〜図７（ｃ）は、第３の実施形態に係る照明装置の特性の一例を模式的に表すグラフ図である。
図７（ａ）の横軸は、操作部１８の操作量である。図７（ａ）の縦軸は、出力電圧ＶＯＵＴである。図７（ａ）に表したようによう、電源装置１２４では、操作部１８の操作量に対して、出力電圧ＶＯＵＴが非線形である。電源装置１２４では、操作部１８の操作量に対する出力電圧ＶＯＵＴの変化量が、出力下限側において出力上限側よりも小さくなるようにする。例えば、図７（ａ）に表したように、出力電圧ＶＯＵＴが、操作部１８の操作量に対して二次関数状に変化するようにする。

上記のように、操作部１８の操作量に対して出力電圧ＶＯＵＴを非線形にすることにより、例えば、出力電圧ＶＯＵＴの下限側の調節をし易くすることができる。すなわち、下限側の調光度を調節し易くすることができる。人間の目は、暗い側の方が感度が高い傾向にある。従って、上記のように出力電圧ＶＯＵＴを非線形にすることにより、人間の目の感度の高い領域において、明るさを調節し易くすることができる。

図７（ｂ）の横軸は、操作部１８の操作量である。図７（ｂ）の縦軸は、可変抵抗９０の抵抗値である。図７（ｂ）に表したように、操作部１８の操作量に対して、可変抵抗９０の抵抗値が非線形に変化するようにする。これにより、図７（ａ）のような出力特性を得ることができる。

図７（ｃ）の横軸は、操作部１８の操作量である。図７（ｃ）の縦軸は、各スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数である。例えば、ＨＢドライバ３１がフィードバック信号からスイッチング周波数を決定する際に、図７（ｃ）に表したように、操作部１８の操作量に対して、スイッチング周波数が非線形に変化するようにする。このように、可変抵抗９０の抵抗値と出力電圧ＶＯＵＴとの関係を非線形にした場合にも、図７（ａ）のような出力特性を得ることができる。この場合、可変抵抗９０の抵抗値は、操作部１８の操作量に対して線形に変化してもよいし、可変抵抗９０の抵抗値を操作部１８の操作量に対してさらに非線形に変化させてもよい。

以上、具体例を参照しつつ実施形態について説明したが、それらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

なお、照明光源１６はＬＥＤに限らず、例えば、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）やＯＬＥＤ（Organic light-emitting diode）などでもよい。照明負荷１２には、複数の照明光源１６が直列又は並列に接続されていてもよい。

上記各実施形態では、ブリッジ回路として、２つのスイッチング素子５１、５２を含むハーフブリッジ回路２４を示している。ブリッジ回路は、これに限ることなく、例えば、４つのスイッチング素子を含むフルブリッジ回路などでもよい。

上記実施形態では、直流負荷として、照明負荷１２を示しているが、これに限ることなく、例えば、ヒータなどの他の直流負荷でもよい。上記実施形態では、電源装置として、照明装置１０に用いられる電源装置１４を示しているが、これに限ることなく、直流負荷に対応する任意の電源装置でよい。

本発明のいくつかの実施形態および実施例を説明したが、これらの実施形態または実施例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態または実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態または実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電源、 ３…調光器、 １０、１１０、１２０…照明装置、 １２…照明負荷、 １４、１１４、１２４…電源装置、 １６…照明光源、 １８…操作部、 ２１…フィルタ回路、 ２２…整流回路、 ２３…力率改善回路、 ２４…ハーフブリッジ回路、 ２５…トランス、 ２６…整流平滑回路、 ３０…ＰＦＣドライバ、 ３１…ＨＢドライバ、 ３２…フィードバック回路、 ３３…制御部、 ３４…Ｉ／Ｆ回路、 ３５〜３７…フォトカプラ、 ３８…サーミスタ、 ４１…スイッチング素子、 ４２…インダクタ、 ４３…ダイオード、 ４４…コンデンサ、 ５１、５２…スイッチング素子、 ５３…コンデンサ、 ５５…一次巻線、 ５６、５７…二次巻線、 ６０…整流回路、 ６１、６２…整流素子、 ６４…平滑コンデンサ、 ８１…第１電源部、 ８２…第２電源部、 ８３…ドロッパ、 ８４…スイッチング素子、 ９０…可変抵抗

Claims (2)

1. 少なくとも１つのスイッチング素子を含み、前記スイッチング素子のオン・オフによって、直流電圧を交流電圧に変換するブリッジ回路と、
   前記ブリッジ回路に接続された一次巻線と、前記一次巻線と磁気結合した二次巻線と、を含むトランスと、
   前記二次巻線から出力される交流電圧を直流の出力電圧に変換して直流負荷に供給する整流平滑回路と、
   周波数設定端子を有し、前記周波数設定端子に流れる電流に応じたスイッチング周波数で前記スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、前記出力電圧を調整するドライバと、
   前記周波数設定端子に接続され、温度の上昇に応じて前記周波数設定端子に流れる電流を変化させる感温素子と、
   前記出力電圧及び前記直流負荷に流れる出力電流の少なくとも一方の検出値と、前記出力電圧の目標値とに基づいたフィードバック信号を前記周波数設定端子に入力することにより、前記ドライバをフィードバック制御するフィードバック回路と、
   を備え、
   前記感温素子は、前記周波数設定端子と前記フィードバック回路との間に設けられ、温度の上昇に応じて前記周波数設定端子に流れる電流を増加させるフォトカプラであり、
   前記ドライバは、前記周波数設定端子に流れる電流の増加に応じて前記スイッチング周波数を高くする電源装置。
2. 照明負荷と、
   前記照明負荷に電力を供給する請求項１記載の電源装置と、
   を備えた照明装置。

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